[发明专利]一种基于球光伏的机械臂式自动跟踪太阳装置及方法

权利要求书

1.所述的一种基于球光伏的机械臂式自动跟踪太阳装置，包括底座(1)、控制模块(2)、底柱(3)、第一减速电机(4)、第一端盖(5)、变向节(6)、第二减速电机(7)、第二端盖(8)、太阳能光伏板(9)、球光伏电池(10)；所述底座(1)上有四个螺钉孔，所示变向节(6)由两个相互垂直的圆柱体连接而成，所述减速电机由减速机和电机组成，固定在所述底柱(3)上的第一减速电机(4)通过变向节(6)连接到装在太阳能光伏板上的第二减速电机(7)，使得太阳能光伏板(9)具有M向和N向两个自由度的运动模式；所述底柱(3)包括空心柜体(31)和柜门(32)，所述控制模块(2)存放在空心柜体(31)内部，并用柜门(32)密封；所述减速电机安装在与变向节相连接的圆柱壳体内部，并用端盖密封；

所述变向节(6)为空心壳体结构，与其连接的第一减速电机(4)和第二减速电机(7)的连接轴为空心连接轴，两者内部装穿有连接太阳能光伏板(9)、球光伏电池(10)以及两个电机的电线。

2.所述的一种基于球光伏的机械臂式自动跟踪太阳装置的控制系统，其特征在于，所述嵌入式系统内部包括寻优算法，电机控制算法以及前馈算法，所述球光伏电池(10)和太阳能光伏板(9)作为输入通过导线与控制模块(2)中的嵌入式系统相连，所述嵌入式系统输出的信号通过导线与第一和第二减速电机相连。

3.如权利要求2所述的一种基于球光伏的机械臂式自动跟踪太阳装置的方法是：由光伏电池产生的电流I∝ES，其中E为光照强度，S为感光面积，设太阳能光伏板(9)的面积为A，球光伏电池(10)感光面积为固定值单位一，光照强度由太阳能光伏板(9)当前时刻产生的经I/V转换电路转化成的标准电压V₂(t_i)作为反馈量，第一减速电机(4)前一时刻的转动度数为a，第二减速电机(7)前一时刻的转动度数为β，光照强度由太阳能光伏板(9)后一时刻的V₂(t_i+1)作为输入指令，球光伏电池(10)后一时刻的标准电压V₁(t_i+1)作为前馈量，前后两测量时刻的时间差Δt＝t_i+1-t_i；

寻优逻辑是太阳能光伏板(9)在两个自由度上独立寻优，所述一种基于球光伏的机械臂式自动跟踪太阳装置的M向为东西走向，模拟地球的自传，即变向节(6)为东西方向的定点旋转，跟踪太阳光方向时，调整所述变向节(6)在黄道平面的投影跟太阳光平行，再通过第二减速电机(7)调整太阳能光伏板(9)与黄道平面垂直，从而使太阳能光伏板(9)正对太阳光，当采用第一减速电机先寻优的模式，寻优逻辑是：

步骤1：设定阈值e，f，其中f为小于1的实验调整系数，太阳能光伏板(9)的面积为A，并将太阳能光伏板(9)正对日出的光线的初始位置，此时电机反向旋转角度设置为θ₁＝0，θ₂＝0；

步骤2：嵌入式系统获取当前时刻由太阳能光伏板(9)产生的经I/V转换和滤波电路转化成的标准电压V₂(t_i)，V₁(t_i)，以及前一时刻的α和β；

步骤3：如果单位面积太阳能光伏板(9)产生的信号V₂(t_i)/A＜f*V₁(t_i)，或者V₂(t_i)＞E，第一减速电机(4)旋转前一时刻的转动度数α，并执行步骤4；

步骤4：存储后一时刻V₂(t_i+1)，和两个时刻的时间差Δt，并赋值θ₁＝θ₁+α；

步骤5：如果两个都不满足，并且V₂(t_i)＜E，第一减速电机(4)反向旋转一天当中满足V₂(t_i)＞E的旋转度数θ₁，第二减速电机(7)反向旋转一天当中满足V₂(t_i)＞E的旋转度数θ₂，最终回到一天的初始位置附近，所述初始位置会随着太阳南北回归运动的变化而变化，最后延迟时间t_h后返回步骤2；

步骤6：如果(V₂(t_i+1)-V₂(t_i))/Δt≥e为真时，则嵌入式系统给第一减速电机(4)的转动度数为正向a*(V₂(t_i+1)-V₂(t_i)-Δt*e)/(Δt*e)，并将V₂(t_i)替换为当前时刻的值，如果(V₂(t_i+1)-V₂(t_i))/Δt≤-e为真时，则嵌入式系统给第二减速电机(7)的转动度数为反向a*(V₂(t_i)-V₂(t_i+1)-Δt*e)/(Δt*e)，并将V₂(t_i)替换为当前时刻的值，无论正反转最后都将旋转的度数赋值给a，并返回步骤4；

步骤7：如果-e＜(V₂(t_i+1)-V₂(t_i))/Δt＜e为真时，第一减速电机寻优结束执行下一步骤；

步骤8：开始第二减速电机寻优，前面步骤和第一减速电机类似，获取电压V₂(t_i)、再控制太阳能光伏板(9)旋转β度，获取V₂(t_i+1)和Δt，根据获得的数据进行逻辑判断后进行第二减速电机的具体旋转度数控制，反复控制电机直到(V₂(t_i+1)-V₂(t_i))/Δt＜e为真时寻优结束，随后延迟时间t_h后返回步骤2；

所述的寻优逻辑也可以采用第二减速电机先寻优第一减速电机后寻优的方法。